Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ung thư tiền liệt tuyến là bệnh lý ác tính phổ biến thứ hai ở nam giới trên phạm vi toàn cầu và là một trong những nguyên nhân gây tử vong hàng đầu liên quan đến ung thư. Theo số liệu thống kê của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) năm 2020, Việt Nam ghi nhận 6.248 ca mắc mới ung thư tiền liệt tuyến ở nam giới, xếp thứ 8 về tỷ lệ mắc mới và thứ 10 về tỷ lệ tử vong trong các loại ung thư. Mặc dù tỷ lệ mắc tại Việt Nam trước đây được ghi nhận ở mức tương đối thấp, các báo cáo tại các cơ sở chuyên khoa ung bướu cho thấy xu hướng này đang gia tăng rõ rệt trong những năm gần đây.

Bên cạnh các phương pháp can thiệp truyền thống như phẫu thuật, xạ trị hoặc liệu pháp ức chế androgen ngoại khoa (cắt tinh hoàn), điều trị nội tiết bằng thuốc đóng vai trò quan trọng đối với bệnh nhân ở giai đoạn tiến triển hoặc di căn. Trong đó, flutamid (biệt dược gốc Eulexin) là hoạt chất kháng androgen phi steroid (NSAA) đầu tiên được Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) phê chuẩn từ năm 1989. Thuốc có tác dụng phong bế cạnh tranh thụ thể androgen tại nhân tế bào mô đích, ngăn cản sự chuyển đoạn phức hợp hormone - thụ thể vào nhân, qua đó kìm hãm sự tăng sinh của khối u phụ thuộc androgen.

Tại Việt Nam, nguồn nguyên liệu cũng như các chế phẩm flutamid phục vụ điều trị lâm sàng phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn nhập khẩu với chi phí cao. Các công trình nghiên cứu trong nước về quy trình hóa tổng hợp hoạt chất này còn rất hạn chế. Đồng thời, phần lớn các quy trình tổng hợp flutamid đã công bố trên thế giới sử dụng tác nhân acyl hóa là các dẫn chất acid clorid đắt tiền, độc hại, giải phóng khí hydrocloric không kiểm soát hoặc sử dụng oleum bốc khói, chưa đáp ứng các tiêu chí của hóa học xanh và gây lãng phí dung môi, hóa chất.

Xuất phát từ thực tiễn trên, khóa luận tập trung giải quyết hai mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

  1. Xây dựng quy trình tổng hợp flutamid làm nguyên liệu làm thuốc ở quy mô phòng thí nghiệm và tối ưu hóa các thông số kỹ thuật.
  2. Nâng cấp quy mô tổng hợp flutamid lên mức 50 g/mẻ và 500 g/mẻ, đồng thời đánh giá khả năng tái thu hồi tác nhân phản ứng nhằm định hướng giảm thiểu phát thải môi trường.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là phân tử flutamid, các hợp chất trung gian trong chuỗi phản ứng và tác nhân phản ứng cyanuric clorid. Nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Hóa hữu cơ, Trường Đại học Dược Hà Nội trong năm 2022.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thực nghiệm

Flutamid có tên khoa học theo danh pháp IUPAC là 2-methyl-N-[4-nitro-3-(trifluoromethyl)phenyl]propanamid, công thức phân tử $C_{11}H_{11}F_{3}N_{2}O_{3}$, khối lượng phân tử 276,21 g/mol. Hoạt chất tồn tại dưới dạng chất rắn kết tinh màu vàng nhạt, nhiệt độ nóng chảy khoảng 111,5 – 112,5 °C, tan tốt trong các dung môi hữu cơ (ethanol, methanol, aceton, ethyl acetat, chloroform) và thực tế không tan trong nước. Về mặt dược động học, thuốc hấp thu nhanh qua đường tiêu hóa và chuyển hóa mạnh tại gan thành chất chuyển hóa có hoạt tính chính là 2-hydroxyflutamid, có tác dụng kháng androgen mạnh gấp 1,5 lần so với chất mẹ. Tiêu chuẩn chất lượng của flutamid đã được quy định trong các dược điển quốc tế lớn như USP 43, BP 2019, Ph. Eur. 10, IP 6 và JP 17 với yêu cầu hàm lượng hoạt chất từ 97,0% đến 102,0% và giới hạn tạp chất nghiêm ngặt.

Qua khảo sát 14 quy trình tổng hợp flutamid đã được công bố trên y văn thế giới (ký hiệu M1 đến M14), tác giả phân loại thành 4 hướng tiếp cận chính:

  • Nhóm A: Xây dựng liên kết amid $ArNH-COR$ từ dẫn chất 4-nitro-3-(trifluoromethyl)anilin bằng phản ứng acyl hóa.
  • Nhóm B: Xây dựng nhóm nitro $Ar-NO_{2}$ từ dẫn chất N-[3-(trifluoromethyl)phenyl]isobutyramid thông qua phản ứng nitro hóa nhân thơm.
  • Nhóm C: Ghép cặp liên kết $Ar-NHCOR$ từ muối kali amid với aryl bromid dưới xúc tác kim loại chuyển tiếp.
  • Nhóm D: Trifluoromethyl hóa nhân thơm từ dẫn chất aryl iodid bằng tác nhân TCDA.

Trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm, tác giả lựa chọn con đường tổng hợp cải tiến theo phương pháp của Bandgar B. và cộng sự (2006). Quy trình gồm 3 giai đoạn chính thông qua chất trung gian este hoạt hóa, kết hợp phản ứng tái sinh tác nhân:

  • Giai đoạn 1: Điều chế este hoạt hóa 2,4,6-triacyloxy-1,3,5-triazin từ cyanuric clorid, N-methylmorpholin và acid isobutyric trong dung môi dicloromethan (DCM).
  • Giai đoạn 2: Acyl hóa 3-(trifluoromethyl)anilin bằng este hoạt hóa để tạo tiền chất amid 2-methyl-N-[3-(trifluoromethyl)phenyl]propionamid, đồng thời giải phóng phụ phẩm không tan là 2,4,6-trihydroxy-1,3,5-triazin (acid cyanuric).
  • Giai đoạn 3: Nitro hóa chọn lọc nhân thơm của dẫn chất amid bằng hỗn hợp acid sulfonitric để thu được flutamid thô, sau đó tinh chế bằng kết tinh lại.
  • Quy trình tái thu hồi: Chuyển hóa phụ phẩm 2,4,6-trihydroxy-1,3,5-triazin trở lại thành cyanuric clorid bằng phản ứng với phosphoryl clorid ($POCl_{3}$) có mặt N,N-diethylanilin.

Các phương pháp và thiết bị phân tích sử dụng trong nghiên cứu:

  • Theo dõi tiến trình phản ứng và độ tinh khiết: Sắc ký lớp mỏng (SKLM) trên bản mỏng silicagel Kieselgel 60 $F_{254}$ (Merck), hệ dung môi n-hexan/ethyl acetat (5:1 v/v); đo nhiệt độ nóng chảy trên máy Electrothermal Digital.
  • Xác định cấu trúc hóa học: Quang phổ hồng ngoại (IR) đo bằng kỹ thuật ép viên KBr trên máy Shimadzu Affinity-1S; phổ khối lượng phân giải cao (HR-MS) ghi trên hệ thống UHPLC Dionex Ultimate 3000 kết hợp đầu dò Q-Exactive HR-MS và phổ khối LC-MSD-Trap XL (Agilent Technologies) với chế độ ion hóa phun mù điện tử (ESI); phổ cộng hưởng từ hạt nhân ($^{1}H-NMR$ tần số 500 MHz và $^{13}C-NMR$ tần số 125 MHz) đo trên thiết bị Bruker AC-500 MHz, sử dụng dung môi $DMSO-d_{6}$ và chất chuẩn nội TMS.

Nội dung chính theo từng chương

Đặt vấn đề và Tổng quan

Chương này tổng kết dịch tễ học bệnh ung thư tuyến tiền liệt, cơ chế tác dụng sinh học, đặc tính dược lý và dược động học của flutamid. Đồng thời, tác giả hệ thống hóa các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nguyên liệu theo Dược điển Mỹ (USP 43), Dược điển Anh (BP 2019) và Dược điển Châu Âu (Ph. Eur. 10). Nội dung trọng tâm của tổng quan là phân tích và so sánh chi tiết 14 quy trình tổng hợp hóa học (M1 đến M14), chỉ ra các hạn chế cố hữu của các phương pháp kinh điển (Baker, Neri, Morris) như phải điều chế isobutyryl clorid ở nhiệt độ âm sâu, sử dụng pyridin hoặc benzen độc hại, và kiểm soát kém khí thải acid. Từ đó, tác giả luận giải tính khả thi và ưu thế kỹ thuật của phương pháp Bandgar cải tiến: tránh sử dụng clorid acid thương phẩm, sử dụng acid isobutyric trực tiếp thông qua phức hoạt hóa triazin, và mở ra khả năng tuần hoàn nguyên liệu phụ phẩm.

Nguyên liệu, thiết bị, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương hai mô tả chi tiết danh mục 19 loại dung môi, hóa chất tinh khiết phân tích (Sigma, Merck, Fisher) và hệ thống thiết bị thực nghiệm tại Bộ môn Hóa hữu cơ, Đại học Dược Hà Nội. Nội dung nghiên cứu được chia thành ba cấu phần độc lập: khảo sát tối ưu hóa từng thông số ảnh hưởng ở quy mô nhỏ (10 g/mẻ); mở rộng quy mô tổng hợp lên 50 g/mẻ và 500 g/mẻ; kiểm tra chất lượng, xác định cấu trúc sản phẩm và đánh giá quy trình tái thu hồi cyanuric clorid.

Kết quả nghiên cứu và bàn luận

Chương ba trình bày toàn bộ số liệu thực nghiệm thu được từ quá trình khảo sát điều kiện phản ứng, nâng cấp quy mô và chứng minh cấu trúc:

  1. Khảo sát tối ưu hóa giai đoạn 1 (tổng hợp este hoạt hóa triazin):

    • Khảo sát tỷ lệ mol cyanuric clorid / N-methylmorpholin: Ở các tỷ lệ 1:2; 1:3 và 1:4, hiệu suất phản ứng đạt lần lượt là 87%, 92% và 83%. Tỷ lệ 1:3 được xác định là tối ưu.
    • Khảo sát nhiệt độ phản ứng: Thử nghiệm ở các dải nhiệt độ 0–5 °C, 10 °C, 20 °C và nhiệt độ phòng cho thấy hiệu suất giảm dần tương ứng từ 92% xuống 87%, 71% và 65%. Nhiệt độ thích hợp nhất là 0–5 °C.
    • Dung môi phản ứng: Dicloromethan (DCM) hòa tan tốt các chất phản ứng và cho hiệu suất cao nhất so với toluen và n-hexan.
    • Tỷ lệ mol cyanuric clorid / acid isobutyric: Tỷ lệ 1:1 đạt hiệu suất 92%, vượt trội so với tỷ lệ 1:0,8 (86%) và tương đương tỷ lệ 1:1,2 (91%).

  2. Khảo sát tối ưu hóa giai đoạn 2 (tổng hợp dẫn chất amid trung gian 4):

    • Khảo sát tỷ lệ mol cyanuric clorid / 3-(trifluoromethyl)anilin: Tỷ lệ 1:0,9 cho hiệu suất tạo chất 4 đạt 83%, không khác biệt đáng kể so với 1:1 (82%) và 1:1,1 (82%), giúp tiết kiệm nguyên liệu amin đắt tiền.
    • Thời gian phản ứng: Khảo sát từ 1,5 đến 3,5 giờ; hiệu suất tăng mạnh từ 53% (1,5 giờ) lên 74% (2 giờ) và đạt cực đại 83% tại thời điểm 2,5 giờ. Kéo dài phản ứng đến 3,5 giờ hiệu suất giữ nguyên ở 83%.
    • Dung môi kết tinh lại trung gian 4: n-Hexan cho hiệu suất thu hồi sản phẩm tinh khiết đạt 83%, cao hơn toluen (79%) và aceton (53%).

  3. Khảo sát tối ưu hóa giai đoạn 3 (nitro hóa tạo flutamid):

    • Tác nhân nitrit/nitro hóa: Hệ tác nhân $HNO_{3}$ đặc / $H_{2}SO_{4}$ đặc đem lại hiệu suất 94%, vượt trội hơn hệ $NaNO_{3}$ / $H_{2}SO_{4}$ (89%).
    • Thời gian phản ứng: Hiệu suất đạt 81% ở 2 giờ; 88% ở 2,5 giờ; đạt đỉnh 94% ở 3 giờ và giữ nguyên khi kéo dài đến 3,5 giờ.
    • Dung môi kết tinh lại flutamid: Toluen cho hiệu suất kết tinh đạt 94%, sản phẩm có tinh thể hình kim màu vàng nhạt, tốt hơn n-hexan (83%) và aceton (77%).

  4. Khảo sát quy trình tái thu hồi cyanuric clorid:

    • Lượng $POCl_{3}$ sử dụng: Với 0,02 mol phụ phẩm 2,4,6-trihydroxy-1,3,5-triazin, thể tích $POCl_{3}$ ở các mức 50 mL, 60 mL và 70 mL đều cho hiệu suất thu hồi không đổi là 85% (thu 3,13 g). Thể tích 50 mL được chọn để tiết kiệm hóa chất.
    • Thời gian đun hồi lưu: Hiệu suất tăng từ 56% (1,5 giờ) lên 78% (2 giờ), 82% (2,5 giờ) và đạt 85% sau 3 giờ đun hồi lưu.
    • Dung môi kết tinh lại cyanuric clorid: Chloroform cho hiệu suất 85%, cao hơn toluen (81%) và aceton (57%).

  5. Thực nghiệm mở rộng quy mô:

    • Quy mô 50 g/mẻ: Xuất phát từ 17,5 g cyanuric clorid, 31,5 mL N-methylmorpholin, 25,1 g acid isobutyric và 35,0 mL 3-(trifluoromethyl)anilin. Sau nitro hóa 50,0 g chất trung gian 4 bằng hỗn hợp acid sulfonitric ở 0–5 °C trong 3 giờ, thu được 48,8 g sản phẩm thô. Kết tinh lại trong 250 mL toluen thu được 47,7 g flutamid tinh khiết (hiệu suất kết tinh 97,7%, hiệu suất toàn quy trình đạt 79,2%).
    • Quy mô 500 g/mẻ: Tiến hành trong bình phản ứng dung tích 20 L với 175,0 g cyanuric clorid, 315,0 mL N-methylmorpholin và 260,0 mL acid isobutyric (thời gian nhỏ giọt và phản ứng kéo dài 14 giờ ở 0–5 °C). Phản ứng tiếp với 350,0 mL 3-(trifluoromethyl)anilin trong 6 giờ ở nhiệt độ phòng, thu được 501,0 g chất trung gian 4 sau kết tinh bằng 5 L n-hexan (hiệu suất 76,8%). Tiếp tục nitro hóa 500,0 g chất 4 trong bình 10 L bằng $H_{2}SO_{4}$ đặc (2,5 L) và hỗn hợp $H_{2}SO_{4}$ đặc / $HNO_{3}$ đặc (130 mL / 100 mL) trong 6 giờ ở 0–5 °C. Quenching khối phản ứng vào 25 L nước lạnh trong bình 50 L, thu được 510,0 g sản phẩm thô. Tinh chế trong 2,6 L toluen thu được 497,0 g flutamid tinh thể màu trắng ngà (hiệu suất kết tinh đạt 97,5%, hiệu suất toàn quy trình đạt 82,3%).

  6. Chứng minh cấu trúc sản phẩm flutamid tổng hợp:

    • Phổ IR: Ghi nhận đầy đủ các vân hấp thụ đặc trưng không đổi ở cả ba quy mô (10 g, 50 g, 500 g): dải dao động hóa trị nhóm amid $\nu_{N-H}$ ở $3360\text{ cm}^{-1}$; nhóm carbonyl amid $\nu_{C=O}$ ở $1716,65\text{ cm}^{-1}$; liên kết $\nu_{C=C}$ nhân thơm ở $1612,50\text{ cm}^{-1}$; nhóm nitro $\nu_{NO_{2}}$ đối xứng và bất đối xứng ở $1543,05\text{ cm}^{-1}$ và $1348,24\text{ cm}^{-1}$; liên kết $\nu_{C-F}$ của nhóm $-CF_{3}$ ở $1319,31\text{ cm}^{-1}$ và $1140\text{ cm}^{-1}$; liên kết $\nu_{C-N}$ amid ở $1244\text{ cm}^{-1}$; các vân dao động biến dạng ngoài mặt phẳng của nhân thơm thế 1,2,4 ở $900,76\text{ cm}^{-1}$ và $860,25\text{ cm}^{-1}$; liên kết $C-NO_{2}$ ở $754,17\text{ cm}^{-1}$.
    • Phổ MS (ESI-MS): Xuất hiện pic ion phân tử giả $[M+H]^{+}$ tại $m/z\ 277,2$ (phù hợp với khối lượng phân tử lý thuyết 276,21). Cùng với đó là các pic ion mảnh đặc trưng hình thành do sự phân cắt cấu trúc: $m/z\ 261,2$ ($[MH - 16]^{+}$, mất O); $m/z\ 247,1$ ($[MH - 30]^{+}$, mất $C_{2}H_{6}$); $m/z\ 231,1$ ($[MH - 46]^{+}$, mất $NO_{2}$); $m/z\ 191,1$ ($[MH - 86]^{+}$, mất mảnh $C_{3}H_{7}CONH$); $m/z\ 188,1$ ($[MH - 89]^{+}$, mất đồng thời $C_{3}H_{7}$ và $NO_{2}$); $m/z\ 175,1$ ($[MH - 102]^{+}$, mất $C_{3}H_{7}CONH$ và O).
    • Phổ $^{1}H-NMR$ (500 MHz, $DMSO-d_{6}$): Tín hiệu proton nhóm amid xuất hiện dạng mũi đơn tại $\delta\ 10,63\text{ ppm}$ ($1H, s$); ba proton thơm tương ứng nhân benzen thế 1,2,4 tại $\delta\ 8,29\text{ ppm}$ ($1H, d, J=3,8\text{ Hz}$, $H-2'$), $\delta\ 8,16\text{ ppm}$ ($1H, d, J=8,5\text{ Hz}$, $H-5'$) và $\delta\ 8,05\text{ ppm}$ ($1H, dd, J=9,0\text{ Hz}; 2,5\text{ Hz}$, $H-6'$); một proton nhóm methin của gốc isobutyryl tại $\delta\ 2,63\text{ ppm}$ ($1H, m, J=6,9\text{ Hz}$); sáu proton của hai nhóm methyl tương đương tại $\delta\ 1,12\text{ ppm}$ ($6H, d, J=7,0\text{ Hz}$).
    • Phổ $^{13}C-NMR$ (125 MHz, $DMSO-d_{6}$): Phân giải đầy đủ tín hiệu của 11 carbon trong cấu trúc: carbon carbonyl amid ở $\delta\ 176,97\text{ ppm}$; 6 carbon trên nhân thơm trong vùng $\delta\ 117,61 - 144,55\text{ ppm}$; carbon nhóm $-CF_{3}$ tách quartet ở $\delta\ 123,47\text{ ppm}$; carbon bậc ba $-CH-$ của gốc isobutyryl ở $\delta\ 35,76\text{ ppm}$ và 2 carbon nhóm methyl $-CH_{3}$ ở $\delta\ 19,60\text{ ppm}$.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã hoàn thiện trọn vẹn quy trình công nghệ điều chế flutamid qua 3 công đoạn, đồng thời tối ưu hóa thông số kỹ thuật cho từng giai đoạn và quá trình tái sinh xúc tác.

Giai đoạn phản ứng Tác nhân chính Điều kiện tối ưu Dung môi kết tinh Hiệu suất giai đoạn
Giai đoạn 1: Tạo este hoạt hóa triazin Cyanuric clorid + N-methylmorpholin + Acid isobutyric Tỷ lệ mol 1 : 3 : 1; dung môi DCM; 0–5 °C; 5 giờ — 92,0%
Giai đoạn 2: Tạo tiền chất amid (4) Este hoạt hóa + 3-(trifluoromethyl)anilin Tỷ lệ mol 1 : 0,9; nhiệt độ phòng; 2,5 giờ n-Hexan 83,0%
Giai đoạn 3: Nitro hóa tạo flutamid (1) Tiền chất amid + Hỗn hợp $HNO_{3}$ đặc / $H_{2}SO_{4}$ đặc Tỷ lệ mol 1 : 1; 0–5 °C; 3,0 giờ Toluen 94,0%
Tái thu hồi Cyanuric clorid Acid cyanuric phụ phẩm + $POCl_{3}$ + N,N-diethylanilin 50 mL $POCl_{3}$ / 0,02 mol phụ phẩm; hồi lưu 3,0 giờ Chloroform 85,0%

Nghiên cứu đã thực hiện thành công việc phóng đại quy mô tổng hợp từ quy mô phòng thí nghiệm (10 g/mẻ) lên quy mô bán mẻ lớn (50 g/mẻ và 500 g/mẻ):

Chỉ tiêu theo dõi Quy mô 10 g/mẻ Quy mô 50 g/mẻ Quy mô 500 g/mẻ
Lượng sản phẩm thô thu được — 48,8 g 510,0 g
Lượng sản phẩm tinh khiết sau kết tinh — 47,7 g 497,0 g
Hiệu suất kết tinh lại — 97,7% 97,5%
Hiệu suất toàn quy trình ~71,8% (tính tích lũy) 79,2% 82,3%
Cảm quan sản phẩm Tinh thể màu vàng nhạt Tinh thể màu trắng ngà Tinh thể màu trắng ngà
Nhiệt độ nóng chảy ($t^\circ_{nc}$) 111,0 – 112,0 °C 111,5 – 112,5 °C 111,5 – 112,5 °C

So với các công trình nghiên cứu trước đây trong và ngoài nước, khóa luận mang lại các đóng góp cụ thể:

  • Thay thế hoàn toàn tác nhân isobutyryl clorid không bền, độc hại và đắt tiền bằng acid isobutyric thương phẩm thông qua phức hoạt hóa cyanuric clorid / N-methylmorpholin. Phản ứng tạo amid diễn ra êm dịu ở nhiệt độ phòng mà không cần điều kiện nhiệt độ âm sâu (-20 °C) như quy trình của Morris J.
  • Giảm thiểu ô nhiễm môi trường và giảm chi phí sản xuất thông qua việc tái sinh thành công cyanuric clorid từ phụ phẩm acid cyanuric với hiệu suất 85,0%, biến phụ phẩm rắn thành nguyên liệu quay vòng cho mẻ tổng hợp tiếp theo.
  • Khẳng định tính ổn định và khả năng nhân rộng công nghệ khi hiệu suất toàn quy trình không những không suy giảm mà còn tăng từ 79,2% (ở mẻ 50 g) lên 82,3% (ở mẻ 500 g), cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm phục vụ việc triển khai sản xuất nguyên liệu làm thuốc quy mô pilot trong nước.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận đã xác định một số điểm hạn chế dựa trên phạm vi thực nghiệm đã thực hiện:

  • Ở công đoạn tinh chế sản phẩm flutamid cuối cùng, quy trình vẫn phải sử dụng dung môi toluen để kết tinh lại. Mặc dù toluen cho hiệu suất thu hồi cao (94,0 – 97,5%), đây vẫn là dung môi hữu cơ thuộc nhóm cần hạn chế dư lượng trong sản xuất dược phẩm theo hướng dẫn ICH Q3C.
  • Quy mô tổng hợp mới dừng lại ở mức 500 g/mẻ trong thiết bị thủy tinh phòng thí nghiệm lớn (bình phản ứng 20 L và bình pha loãng 50 L), chưa được vận hành trên hệ thống pilot bằng thép không gỉ hoặc lò phản ứng lót thủy tinh chuyên dụng công nghiệp.
  • Nghiên cứu chưa tiến hành khảo sát độ ổn định dài hạn và độ ổn định cấp tốc của hoạt chất theo hướng dẫn của ICH, đồng thời chưa thẩm định đầy đủ quy trình định lượng tạp chất liên quan theo tiêu chuẩn dược điển bằng phương pháp HPLC.

Hướng nghiên cứu tiếp theo bao gồm:

  • Khảo sát các hệ dung môi kết tinh thay thế thân thiện hơn với môi trường (như cồn - nước hoặc ester) nhằm loại bỏ hoàn toàn toluen trong khâu tinh chế cuối.
  • Thử nghiệm sản xuất trên dây chuyền thiết bị pilot chuyên dụng, hoàn thiện hồ sơ quy trình công nghệ (BMR) và đánh giá các chỉ tiêu an toàn cháy nổ, kiểm soát nhiệt tỏa ra khi mở rộng thể tích quenching hỗn hợp phản ứng acid.
  • Xây dựng và thẩm định phương pháp phân tích kiểm nghiệm toàn diện theo tiêu chuẩn Dược điển Mỹ (USP) hoặc Dược điển Châu Âu (Ph. Eur.), bao gồm đánh giá hàm lượng kim loại nặng, tro sulfat, dung môi tồn dư và tạp chất liên quan.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận có giá trị thực tiễn và học thuật đối với:

  • Sinh viên, học viên sau đại học và nghiên cứu viên thuộc các chuyên ngành Hóa dược, Hóa hữu cơ, Công nghệ Dược phẩm và Hóa kỹ thuật đang nghiên cứu về tổng hợp hoạt chất kháng ung thư hoặc các phân tử có nhóm thế trifluoromethyl gắn nhân thơm.
  • Cán bộ kỹ thuật và các đơn vị nghiên cứu phát triển (R&D) tại các nhà máy sản xuất nguyên liệu dược phẩm trong nước đang tìm kiếm quy trình hóa học xanh, hiệu suất cao để tự chủ nguồn hoạt chất thay thế hàng nhập khẩu.
  • Phần đáng tham khảo nhất trong tài liệu là hệ thống dữ liệu tối ưu hóa từng bước phản ứng (khảo sát tỷ lệ tác nhân, dung môi, thời gian, nhiệt độ); kỹ thuật xử lý phản ứng nitro hóa tỏa nhiệt mạnh; quy trình thực nghiệm tái thu hồi cyanuric clorid bằng $POCl_{3}$; và bộ dữ liệu giải phổ chi tiết (IR, MS, $^{1}H-NMR$, $^{13}C-NMR$) phục vụ công tác đối chiếu, kiểm nghiệm cấu trúc.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đề tài lựa chọn phương pháp của Bandgar B. cải tiến thay vì phương pháp acyl hóa cổ điển của Baker hay Neri?

Phương pháp của Baker và Neri sử dụng trực tiếp isobutyryl clorid để acyl hóa dẫn chất anilin trong dung môi pyridin hoặc toluen. Quy trình này đòi hỏi nguyên liệu acid clorid đắt tiền, kém bền, sinh ra khí hydrocloric độc hại và sử dụng dung môi độc nhóm 1 (benzen) để kết tinh. Phương pháp Bandgar cải tiến sử dụng acid isobutyric phản ứng trực tiếp với cyanuric clorid có mặt N-methylmorpholin để tạo este hoạt hóa 2,4,6-triacyloxy-1,3,5-triazin. Phản ứng acyl hóa amin sau đó diễn ra ở nhiệt độ phòng, tạo hiệu suất cao (83%), không giải phóng khí acid tự do và tạo ra phụ phẩm acid cyanuric có thể tái sinh thành nguyên liệu ban đầu.

2. Các thông số kỹ thuật tối ưu ở giai đoạn 1 (tổng hợp 2,4,6-triacyloxy-1,3,5-triazin) được xác định như thế nào?

Qua thực nghiệm đối chứng đa thông số, giai đoạn 1 đạt hiệu suất cao nhất (92,0%) khi duy trì:

  • Tỷ lệ mol cyanuric clorid : N-methylmorpholin là 1 : 3.
  • Tỷ lệ mol cyanuric clorid : acid isobutyric là 1 : 1.
  • Dung môi phản ứng là dicloromethan (DCM).
  • Nhiệt độ phản ứng khống chế nghiêm ngặt trong khoảng 0 – 5 °C (nếu tăng lên 20 °C hoặc nhiệt độ phòng thì hiệu suất giảm mạnh xuống còn 65 – 71%).
  • Thời gian phản ứng duy trì 5 giờ.

3. Quy trình tái thu hồi cyanuric clorid từ sản phẩm phụ 2,4,6-trihydroxy-1,3,5-triazin được tiến hành với điều kiện gì và đạt hiệu suất bao nhiêu?

Sau giai đoạn 2, phụ phẩm kết tủa 2,4,6-trihydroxy-1,3,5-triazin (acid cyanuric) được tách ra, sấy khô. Cho 2,58 g (0,02 mol) phụ phẩm này phản ứng với 4,47 g N,N-diethylanilin (0,03 mol) trong 50 mL phosphoryl clorid ($POCl_{3}$), đun hồi lưu trong 3 giờ. Khối phản ứng sau đó được cất loại $POCl_{3}$ dư dưới áp suất giảm, hòa tan cắn vào nước đá trong 1 giờ, chiết bằng chloroform ($CHCl_{3}$), rửa dịch chiết lần lượt bằng dung dịch HCl loãng và $NaHCO_{3}$, làm khan bằng $Na_{2}SO_{4}$ và cất thu cắn. Kết tinh lại trong chloroform thu được cyanuric clorid tinh khiết với hiệu suất đạt 85,0% (thu 3,13 g).

4. Khi nâng cấp quy mô lên 50 g/mẻ và 500 g/mẻ, lượng hóa chất sử dụng và thời gian phản ứng thay đổi ra sao?

  • Ở mẻ 50 g: Sử dụng 17,5 g cyanuric clorid trong 750 mL DCM; nhỏ giọt 31,5 mL N-methylmorpholin trong 90 phút; 25,1 g acid isobutyric phản ứng 5 giờ; 35,0 mL 3-aminobenzotrifluorid phản ứng 3 giờ. Khâu nitro hóa dùng 250 mL $H_{2}SO_{4}$, 13 mL $H_{2}SO_{4}$ đặc và 10 mL $HNO_{3}$ đặc, phản ứng 3 giờ, đổ vào 2,5 L nước lạnh. Hiệu suất toàn quy trình đạt 79,2%.
  • Ở mẻ 500 g: Lượng hóa chất tăng gấp 10 lần (175,0 g cyanuric clorid trong 7,5 L DCM; 315 mL N-methylmorpholin nhỏ giọt trong 5 giờ; 260 mL acid isobutyric phản ứng kéo dài 14 giờ; 350 mL 3-aminobenzotrifluorid phản ứng 6 giờ). Giai đoạn nitro hóa dùng 2,5 L $H_{2}SO_{4}$ nền, 130 mL $H_{2}SO_{4}$ đặc và 100 mL $HNO_{3}$ đặc, khuấy 6 giờ ở 0–5 °C, quenching trong 25 L nước lạnh. Hiệu suất toàn quy trình đạt 82,3%.

5. Dữ liệu phổ khối lượng (ESI-MS) khẳng định phân tử flutamid tổng hợp được qua những tín hiệu nào?

Phổ khối lượng phân giải cao ghi nhận pic ion phân tử proton hóa $[M+H]^{+}$ tại giá trị thực nghiệm $m/z\ 277,2$ (trùng khớp giá trị lý thuyết 277). Đồng thời, phổ ghi nhận các mảnh ion vỡ đặc trưng chứng minh cấu trúc: pic mất O tại $m/z\ 261,2$ ($[MH-16]^{+}$); pic mất nhóm $C_{2}H_{6}$ tại $m/z\ 247,1$ ($[MH-30]^{+}$); pic mất nhóm nitro tại $m/z\ 231,1$ ($[MH-46]^{+}$); pic mất nhánh isobutyramido tại $m/z\ 191,1$ ($[MH-86]^{+}$); pic mất đồng thời gốc alkyl và nhóm nitro tại $m/z\ 188,1$ ($[MH-89]^{+}$); và pic vỡ kết hợp tại $m/z\ 175,1$ ($[MH-102]^{+}$).

Kết luận

Khóa luận của tác giả Giang Thị Minh Anh đã xây dựng và chuẩn hóa thành công quy trình tổng hợp hoạt chất flutamid làm nguyên liệu thuốc điều trị ung thư tiền liệt tuyến đi qua phức este hoạt hóa triazin gồm 3 giai đoạn. Nghiên cứu đã tối ưu hóa toàn diện các thông số công nghệ thực nghiệm, đồng thời thiết lập quy trình tái sinh tác nhân cyanuric clorid từ sản phẩm phụ với hiệu suất đạt 85,0%, đáp ứng tốt các nguyên lý của hóa học xanh. Việc nâng cấp quy mô thực nghiệm lên mẻ 50 g và 500 g đều đạt hiệu suất cao (79,2% và 82,3%), cấu trúc sản phẩm flutamid được kiểm tra và xác nhận đồng nhất bằng các phương pháp phổ nghiệm IR, MS, $^{1}H-NMR$ và $^{13}C-NMR$. Kết quả đạt được tạo tiền đề kỹ thuật vững chắc cho việc tiếp tục nghiên cứu triển khai sản xuất flutamid ở quy mô công nghiệp, hướng tới chủ động nguồn dược chất trong nước.